理解 C++ 中的友元（Friend）
在 C++ 語言中，封裝（Encapsulation） 是面向對象編程的重要特性之一。它允許類將數據隱藏在私有（private）或受保護（protected）成員中，防止外部直接訪問。然而，在某些情況下，我們希望某些函數或類能夠訪問這些私有成員，而不破壞封裝性。這時，我們就需要友元（Friend）。
1. 什么是友元？
友元（friend） 是 C++ 提供的一種機制，它允許一個函數或另一個類訪問某個類的私有和受保護成員。友元有三種類型：
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友元函數（Friend Function）
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友元類（Friend Class）
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友元成員函數（Friend Member Function）
2. 友元函數
友元函數是一個非成員函數，但它可以訪問類的私有和受保護成員。要聲明友元函數，需要在類內部使用 friend 關鍵字。
示例：友元函數
#include <iostream>
using namespace std;class Box {
private:double width;public:Box(double w) : width(w) {}// 聲明友元函數friend void printWidth(const Box &b);
};// 定義友元函數
void printWidth(const Box &b) {cout << "Width: " << b.width << endl;
}int main() {Box b(10.5);printWidth(b);return 0;
}在上面的示例中，printWidth 不是 Box 類的成員函數，但由于它被聲明為 friend，它可以訪問 Box 的私有成員 width。
3. 友元類
友元類允許一個類訪問另一個類的私有和受保護成員。
示例：友元類
#include <iostream>
using namespace std;class Engine {
private:int horsepower;public:Engine(int hp) : horsepower(hp) {}// 聲明 Car 為友元類friend class Car;
};class Car {
public:void showEnginePower(const Engine &e) {cout << "Engine horsepower: " << e.horsepower << endl;}
};int main() {Engine e(150);Car c;c.showEnginePower(e);return 0;
}在這個例子中，Car 是 Engine 的友元類，因此它可以訪問 Engine 類的私有成員 horsepower。
4. 友元成員函數
我們還可以只將另一個類的某個成員函數設為友元，而不是整個類。
示例：友元成員函數
#include <iostream>
using namespace std;class Engine;class Car {
public:void showEnginePower(const Engine &e);
};class Engine {
private:int horsepower;public:Engine(int hp) : horsepower(hp) {}// 聲明 Car::showEnginePower 為友元friend void Car::showEnginePower(const Engine &e);
};void Car::showEnginePower(const Engine &e) {cout << "Engine horsepower: " << e.horsepower << endl;
}int main() {Engine e(200);Car c;c.showEnginePower(e);return 0;
}這里 Car::showEnginePower 是 Engine 的友元成員函數，因此它可以訪問 Engine 的私有成員。
5. 友元的應用場景
友元在以下情況中非常有用：
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運算符重載（如
operator<<和operator>>需要訪問類的私有成員）。 -
類之間的緊密協作（如
Car需要訪問Engine的私有數據）。 -
全局函數需要訪問私有數據（如調試函數、日志記錄等）。
6. 友元的優缺點
優點：
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允許外部函數/類訪問私有數據，增強類之間的協作能力。
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使操作符重載更加直觀。
缺點：
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破壞了封裝性，降低了數據的安全性。
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可能導致代碼耦合度增加。
7. 總結
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友元函數 可以訪問類的私有/受保護成員，但不是類的成員。
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友元類 允許另一個類訪問本類的私有成員。
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友元成員函數 允許一個類的特定成員函數訪問本類的私有成員。
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友元應該謹慎使用，避免破壞封裝性。
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